KR0164291B1 - 보일러의 질소산화물 감소를 위한 연소장치 - Google Patents

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KR0164291B1 KR1019950047618A KR19950047618A KR0164291B1 KR 0164291 B1 KR0164291 B1 KR 0164291B1 KR 1019950047618 A KR1019950047618 A KR 1019950047618A KR 19950047618 A KR19950047618 A KR 19950047618A KR 0164291 B1 KR0164291 B1 KR 0164291B1
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Abstract

본 발명은 보일러의 연소실에 공급되는 연소용 공기량을 조절하여 연소시 질소와 산소의 결합에 의해 생성되는 유해가스의 일종인 질소산화물(NOx)의 생성을 감소시켜 주기 위한 보일러의 질소산화물(NOx) 감소를 위한 연소장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 보일러의 노즐(30)외측에 연소실(11)과 관통되는 복수개의 1차 및 2차 공기유입관(50)(60)과 3차공기유입관역할을 하며 그 주연에 다수의 1-3차 공기유입공(71)(72)(73)을 갖는 고정댐퍼(70)를 설치하고, 상기 고정댐퍼의 외측에는 상기 1-3차 공기유입공과 관통되는 다수의 공기공급공(81)(91)(101)을 갖으며 외부의 핸들(110)(120)(130)조작에 의해 회전가능한 복수개의 1-3차 회전댐퍼(80)(90)(100)를 설치하여 상기 핸들조작에 의한 회전댐퍼의 회전으로 공기공급공과 1-3차 공기유입공의 개폐량이 조절되어 연소실의 화염중심부와 중간부분 및 가장자리에 적당량의 연소용 공기가 개별공급되므로서 화염에 고온형성대가 발생하지 않고 질소산화물의 생성을 최대한 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

보일러의 질소산화물(NOx) 감소를 위한 연소장치
제1도는 본 발명의 사시도.
제2도는 본 발명의 측면도.
제3도는 본 발명의 정단면도.
제4도는 종래 장치의 정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 보일러본체 11 : 연소실
20 : 윈드박스 30 : 노즐
31 : 스월러 40 : 에어덕트
41 : 흡입팬 50 : 1차공기유입관
60 : 2차공기유입관 70 : 고정댐퍼
71-73 : 1-3차공기유입공 80-100 : 1-3회전댐퍼
81-101 : 공기공급공 110-130 : 핸들
140 : 회전축 190 : 동력전달수단
본 발명은 보일러의 연소실에 공급되는 연소용 공기량을 조절하여 연소시 질소와 산소의 결합에 의해 생성되는 유해가스의 일종인 질소산화물(NOx)의 생성량을 감소시켜 주기 위한 보일러의 질소산화물 (NOx)감소를 위한 연소장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 환경오염이 증가하고 각종 공해물질이 배출되는 것은 그만큼 환경오염을 방지할 수 있는 새로운 기술을 필요로 하며 이 영역에의 도전을 요구한다.
일반적으로 보일러와 같은 연소기에서 기름이나 가스, 석탄 등의 연료를 연소시킬 때 발생하는 SO2(황산화물)와 NOx(질소산화물)는 대기오염의 중요한 변수로 꼽히고 있으며, 이중 황산화물인 SO2는 기본적으로 연료의 종류에 의해 결정되지만 질소산화물인 NOx는 연소의 과정에 의해 크게 좌우된다.
연소과정중에 발생하는 질소산화물은 크게 N2+O2=2NO와 2NO+O2=2NO2의 2가지 화학식으로 대별되고, 이는 연료중에 포함된 질소의 화학적인 결합과 공기중에 포함된 질소의 부분적인 산화에 의해 화염과 그 주위의 고온형성대에서 발생한다.
이러한 질소산화물은 기본적으로 Thermal NOx에 의한 생성과, Immediate NOx에 의한 생성 및, Fuel NOx에 의한 생성등 3가지의 각기 다른 방법에 의해 생성되는데 특히 온도, 대기시간, 연료의 성분과 가스농도등에 의해 결정된다.
이중, Thermal NOx에 의한 생성은 전체 NOx의 약 60%이상을 차지하며 1300℃이상의 고온에서 순환공기중의 질소로부터 대부분 생성된다.
이러한, Thermal NOx의 생성은 산소의 농도가 높고 대기시간이 길수록 최적의 조건이며 이와 같은 조건하에서 NOx의 발생량이 지수적으로 증가한다.
따라서, Thermal NOx의 발생량을 줄이기 위해서는 비록 과잉공기의 상태일지라도 온도를 강하시키는 것이 중요하다.
또한, Immediate NOx에 의한 생성은 화염의 선단부에서 적극적인 연소에 의해 생성되며, 주로 산소와 함께 질소분자를 분영시키는 즉발적인 반응에 의한 결과로서 생성된다.
이 Immediate NOx에 의한 생성량은 전체 NOx의 약 3%미만을 차지하는 미미한 수준에 불과하다.
그리고, Fuel NOx에 의한 생성은 질소의 구조적인 결합에 의해 생성되며, 온도에 크게 의존하지는 않지만 약 800℃의 낮은 온도에서도 발생하기 시작하고, 이렇게 해서 생성된 NOx의 양은 연소온도 및 연소부하에 따라 차이가 있지만 전체 NOx의 약 20-40%를 차지한다.
상기와 같이 질소산화물의 생성은 크게 3가지의 과정을 통해서 생성됨을 알 수 있으며, 이중 Immediate NOx에 의한 생성과 Fuel NOx에 의한 생성은 연료의 고유성분에 관계되는 것이므로 인위적으로 해결하기가 어렵다.
따라서, 질소산화물의 생성량을 줄이는 것은 Thermal NOx의 생성량을 줄이는 것과 직결되는데, 이 엮시 질소산화물의 생성량중 가장 많은 양을 차지하며 어느 정도 인위적인 해결이 가능하기는 하지만 열효율과 연소량 및 연료의 종류등에 의해 제약을 받으므로 그리 쉽지는 않다.
통상적으로 Thermal NOx의 생성량을 줄이기 위한 방안으로는 연소용 공기의 온도강하, 연소온도의 강하, 과잉공기량의 강하, 연료량과 공기량의 비율맞춤, 연소실 및 버너배열관계의 설계 (Mu1ti Layer)등을 들 수 있다.
제4도는 이제까지 사용되고 있는 연소기의 대표적인 예라 할 수 있는 보일러의 내부구조를 나타낸 정단면도이다.
도시한 바와 같이 종래에는 보일러의 본체(210)일측에 마련된 윈드박스(220)내에 선회류수단인 스월러 (Swir1er)(231)가 구비된 노즐(230)을 설치하여 그 선단이 연소실(211)을 향하게 하고, 노즐(230)의 후단부에는 오일 및 스팀파이프(232)(233)를 연결하며, 노즐(230) 외측으로는 본체(210)의 공기공급공(212)을 통하여 연소실(211)과 관통되게 공기유입관 (Register)(250)을 설치하고, 윈드박스(220)에 연결된 에어덕트(240)에는 외부로부터 연소에 필요한 공기를 강제흡입하는 흡입팬(241)과 흡입된 공기량을 조절하기 위한 댐퍼(242)를 설치하여 상기 오일 및 스팀파이프(232)(233)로부터 공급된 연료가 노즐(230)을 통하여 연소실(211)내부로 분사될 때 흡입팬(241)에 의해 흡입된 연소용 공기는 에어덕트(240)와 공기유입관(250) 및 공기공급공(212), 스월러(231)를 차례로 거쳐 연소실(211)내부에 골고루 공급되도록 하였던 것이다.
따라서, 이와 같은 연소장치는 외부로부터 강제흡입된 연소용 공기가 에어덕트(240)와 공기유입관(250) 및 공기공급공(212), 선회류수단인 스월러(231)를 통하여 연소실(211)에 골고루 공급되므로서 연소에 필요한 산소가 화염의 중심부와 가장자리에 골고루 공급되어 그만큼 화염의 온도가 높기 때문에 질소산화물의 생성량이 많아지는 단점이 있었던 것이다.
더욱이, 화염의 가장자리는 산소공급이 충분히 이루어지기 때문에 이 부분에서 질소산화물이 집중적으로 생성되었던 것이다.
또한, 이러한 장치는 연소용 공기의 공급량이 댐퍼(242)의 각도조절을 통하여 일괄적으로 조절되기 때문에 연소용 공기의 공급량을 정확히 조절하기가 어려워 연료의 불완전연소를 야기시키기 쉽고, 연소실(211)내에 과잉공기가 공급될 경우에는 오히려 화염의 부위별로 공기의 공급량을 조절하기가 어려워 질소산화물의 생성을 촉진시키는 문제점이 있었던 것이다.
아울러, 이러한 구조의 보일러는 연소용 공기의 흡입통로인 에어덕트(240)가 필요이상으로 커져 부피를 많이 차지하고 장치자체의 구조를 복잡하게 하며 제작이 어려운 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연소실로 공급되는 연소용 공기의 공급량을 각 부위별로 조절할 수 있게 하므로서 연소용 공기가 화염의 중심부와 중간부분 및 가장자리에 개별적으로 공급되도록 한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 보일러의 노즐외측에 연소실과 관통되며 길이와 직경이 다른 1차 및 2차공기유입관을 설치하고, 상기 2차공기유입관의 외측에는 3차공기유입관역할을 하며 그 주연에 다수의 1-3차공기유입공이 형성된 고정댐퍼를 설치하며, 상기 고정댐퍼의 외측으로 상기 1-3차공기유입공과 관통되게 다수의 1-3차공기공급공을 갖는 1-3차회전댐퍼를 외부의 핸들조작에 의해 회전가능토록 설치하여 상기 핸들조작에 의해 회전댐퍼가 회전하므로서 1-3차공기공급공과 공기유입공의 개폐량이 조절되어 연소실로 공급되는 공기량이 화염의 중심부와 중간부분 및 가장자리에 적정량이 공급되도록 한 것이다.
이하에서 본 발명을 첨부된 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 외관을 나타낸 사시도이고, 제2도 및 제3도는 측면도와 정단면도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 본 발명은 보일러의 본체(10)일측에 마련된 윈드박스(20)내부에 설치되며 연소용 공기의 강제흡입수단인 흡입팬(41)을 구비하는 에어덕트(40)와; 상기 윈드박스내에 연소실(11)을 향하도록 설치되며 선회류수단인 스월러(31)를 구비하는 노즐(30)과; 상기 노즐주연에 설치되며 본체(10)의 공기공급공(12)을 통하여 연소실(11)과 관통되는 길이가 다른 1차 및 2차공기유입관(50)(60)과; 상기 2차공기유입관(60)의 외측에 설치되어 3차공기유입관역할을 하며 그 주연에 다수의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)을 갖는 원통형의 고정댐퍼(70)와; 상기 1차 및 2차공기유입관과 고정댐퍼를 분할하는 격판(74)(75)과; 상기 고정댐퍼의 1-3차공기유입공과 관통되는 다수의 공기공급공(81)(91)(101)을 갖으며 외부에 설치된 복수개의 핸들(110)(120)(130)조작에 의해 개별회전이 가능한 복수개의 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100) 및; 상기 핸들과 회전댐퍼사이에 설치되는 동력전달수단(190)을 포함하여서 구성된다.
에어덕트(40)는 윈드박스(20)에 설치되어 연소용 공기의 흡입통로 역할을 하며, 흡입팬(41)은 에어덕트의 선단부에 설치되어 외부로부터 연소에 필요한 공기를 강제흡입하게 된다.
노즐(30)은 선회류수단인 스월러(31)가 선단부에 장착되고 후단에는 연료의 공급원인 오일 및 스팀파이프(32)(33)가 연결되어 상기 오일 및 스팀파이프로부터 공급된 오일 및 스팀을 보일러본체(10)의 공기공급공(12)을 통하여 연소실(11)내에 분사시키게 된다.
상기 노즐측방에는 노즐로부터 분사되는 연료에 불꽃을 점화시키기 위한 통상의 점화봉(34)이 설치된다.
1차 및 공기유입관(50)(60)은 양단이 개방된 관체로서 개방된 양단이 각각 보일러본체(10)의 공기공급공(12)과 윈드박스(20)사이에 위치한다.
상기 1차공기공급관(50)에 비해 2차공기유입관(60)은 길이가 짧고 직경이 크게 형성되어 이들 사이에 공기가 유입될 수 있는 공간이 형성된다.
고정댐퍼(70)는 2차공기유입관(60)보다 길이와 직경이 큰 관체로서 그 양단이 각각 보일러본체(10)의 공기공급공(12)과 윈드박스(20)의 내벽사이에 고정되며 그 주연에는 상기 1, 2차공기유입관(50)(60) 및 공기공급공(12)과 관통되는 다수의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)이 일체로 형성된다.
격판(74)(75)은 1차 및 2차공기유입관(50)(60)의 주연부와 고정댐퍼(70)의 내면사이에 부착되어 1차 및 2차공기유입관(50)(60)과 3차공기유입관역할을 하는 고정댐퍼(70)를 분할하여 상호간의 공기유동을 차단하며 상기 1차 및 2차공기유입관과 고정댐퍼의 간격을 일정하게 유지하는 역할을 하게 된다.
3개의 회전댐퍼(80)(90)(100)는 상기 고정댐퍼(70)의 외측에 끼워진채 각각 분할되어 있어 개별작동이 가능하다.
상기 회전댐퍼(80)(90)(100)의 주연에는 각각 상기 고정댐퍼(70)의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)과 동일한 위치에 복수개의 공기공급공(81)(91)(101)이 일체로 형성된다.
핸들(110)(120)(130)은 윈드박스(20)의 외측면에 설치되어 조작이 가능하게 된다.
동력전달수단(190)은 핸들(110)(120)(130)의 회전력을 회전댐퍼(80)(90)(100)에 전달해주기 위한 장치로서 회전댐퍼(80)(90)(100)외측의 윈드박스(20)를 관통하여 회전가능하게 설치되는 회전축(140)과, 상기 회전축의 내측단부와 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)의 주연에 부착되어 상호 치차접속되는 기어(150)(160) 및, 상기 핸들(110)(120)(130)과 회전축(140)의 외측단부에 축설되어 상호 직각으로 치차접속되므로서 핸들의 회전력을 회전축에 전달해 주는 베벨기어(170)(180)로 구성되어 상기 핸들의 회전력이 베벨기어와 회전축 및 기어의 치차접속을 통하여 회전댐퍼에 개별적으로 전달되도록 한 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작과 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 보일러를 작동시키면 오일 및 스팀파이프(32)(33)로부터 공급된 오일과 스팀이 노즐(30)을 통하여 연소실(11)내부로 분사됨과 동시 이들 연료는 점화봉(34)에 의하여 점화된 뒤 일정한 크기의 화염을 형성하면서 연소된다.
이와 동시, 연소에 필요한 공기는 흡입팬(41)을 통하여 에어덕트(40)내로 강제흡입된 뒤 메인댐퍼(42)를 통하여 윈드박스(20)에 도달한다.
윈드박스에 도달된 공기는 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)의 주연에 형성된 공기공급공(81)(91)(101)과 고정댐퍼(70)의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)을 통하여 1차 및 2차공기유입관(50)(60)과 고정댐퍼(70)내로 유입되어 3갈래로 분할된 다음 연소실(11)의 화염중심부와 중간부분 및 가장자리에 개별적으로 공급된다.
이때, 사용자는 윈드박스(20)의 외부로 돌출된 핸들(110)(120)(130)의 회전을 통하여 고정댐퍼(70)의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)의 개폐량을 조절하므로서 화염의 각 부위별로 공급되는 공기량을 조절할 수 있다.
즉, 핸들(110)(120)(130)을 회전시키면 동력전달수단(190)인 베벨기어(170)(180)의 치차접속에 의해 회전축(140)이 회전하고, 회전축이 회전하면 그 내측단부에 축설된 기어(150)와 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)에 부착된 기어(160)의 치차접속으로 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)가 회전하여 공기공급공(81)(91)(101)과 고정댐퍼(70)의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)의 개폐량이 달라지게 되므로 화염의 각 부위별로 공급되는 연소용 공기의 공급량이 달라지게 된다.
따라서, 사용자는 상기와 같은 동작을 통하여 연소실(11)의 화염중심부와 중간부분 및 가장자리에 공급되는 산소량을 조절하여 화염의 각 부위별로 공급되는 산소량을 조절하므로서 화염의 온도를 낮출 수 있다.
이로 인해, 연소중인 화염에 고온형성대가 형성되지 않으므로 질소산화물의 생성이 최소화 된다.
상기와 같이 본 발명은 각각의 회전댐퍼를 전체적 또는 개별적으로 조작하여 각각의 회전댐퍼(80)(90)(100)내로 유입되는 공기량을 조절하므로서 화염의 각 부위별로 공급되는 공기량을 제어하여 질소산화물의 생성량을 최대한 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 보일러의 노즐(30)외측에 연소실(11)과 관통되는 복수개의 1차 및 2차공기유입관(50)(60)과 3차공기유입관역할을 하며 그 주연에 다수의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)을 갖는 고정댐퍼(70)를 설치하고, 상기 고정댐퍼의 외측에는 상기 1-3차공기유입공과 관통되는 다수의 공기공급공(81)(91)(101)을 갖으며 외부의 핸들(110(120)(130)조작에 의해 회전하는 복수개의 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)를 설치하여 상기 핸들조작에 의한 회전댐퍼의 전체적 또는 개별적인 회전동작으로 공기공급공과 1-3차공기유입공의 개폐량이 조절되어 연소실의 화염중심부와 중간부분 및 가장자리에 공급되는 연소용 공기량을 알맞게 조절할 수 있으므로 화염에 고온형성대가 형성되지 않고 화염의 부위별 연소조건을 조절하여 질소산화물의 생성량을 최대한 억제시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 보일러의 본체(10)일측에 마련된 윈드박스(20)에 설치되며 연소용 공기의 강제흡입수단인 흡입팬(41)을 구비하는 에어덕트(40)와, 상기 윈드박스내에 연소실(11)을 향하도록 설치되며 오일 및 스팀파이프(32)(33)와 연결되어 연소실(11)내에 연료를 분사시키는 노즐(30)로 구성되는 보일러의 연소장치에 있어서, 상기 노즐(30)주연에 설치되며 보일러본체(10)의 공기공급공(12)을 통하여 연소실(11)과 관통되는 길이가 다른 1차 및 2차공기유입관(50)(60)과; 상기 2차공기유입관(60)의 외측에 설치되어 3차공기유입관역할을 하며 그 주연에 다수의 1-3차공기유입공(71)(72)(73)을 갖는 원통형의 고정댐퍼(70)와; 상기 1차 및 2차공기유입관과 고정댐퍼를 분할하는 격판(74)(75)과; 상기 고정댐퍼의 1-3차공기유입공과 관통되는 다수의 공기공급공(81)(91)(101)을 갖으며 외부에 설치된 복수개의 핸들(110)(120)(130)조작에 의해 개별회전이 가능토록 설치되는 복수개의 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100) 및; 상기 핸들과 회전댐퍼사이에 설치되는 동력전달수단(190)을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 보일러의 질소산화물(NOx) 감소를 위한 연소장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동력전달수단(190)은 회전댐퍼(80)(90)(100)외측의 윈드박스(20)를 관통하여 회전가능하게 설치되는 회전축(140)과, 상기 회전축의 내측단부와 1-3차회전댐퍼(80)(90)(100)의 주연에 부착되어 상호 치차접속되는 기어(150)(160) 및, 상기 핸들(110)(120)(130)과 회전축(140)의 외측단부에 축설되어 상호 직각으로 치차접속되므로서 핸들의 회전력을 회전축에 전달해 주는 베벨기어(170)(180)로 구성되어 상기 핸들의 회전력이 베벨기어와 회전축 및 기어의 치차접속을 통하여 회전댐퍼에 개별적으로 전달되도록 구성된 것임을 특징으로 하는 보일러의 질소산화물(NOx) 감소를 위한 연소장치.
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KR1019950047618A KR0164291B1 (ko) 1995-12-08 1995-12-08 보일러의 질소산화물 감소를 위한 연소장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2065640A2 (en) 2007-11-12 2009-06-03 Korea Institute of Energy Research Gas temperature control apparatus for denox boiler in engine cogeneration plant
KR101033498B1 (ko) * 2010-11-30 2011-05-09 주식회사 케이이티 고효율 가스 연소용 버너의 공기 공급장치
CN102862517A (zh) * 2012-09-07 2013-01-09 俞钟晓 一种能分散雨滴的汽车后视镜
KR101674311B1 (ko) * 2015-08-06 2016-11-08 한국에너지기술연구원 연료­산화제 혼합 및 연소제어 기능을 갖는 초고속 연소 가속기, 및 그 연소 가속기를 이용한 연소시스템 및 연소방법

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